Глава девятая. ЦЕПИ С ЭЛЕКТРОННЫМИ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРИБОРАМИ В ЛИНЕЙНОМ РЕЖИМЕ

9-1. Ламповый триод и его параметры

В различных областях современной техники широко применяются управляемые элементы электрической цепи. В настоящей главе рассматриваются цепи, содержащие в качестве управляемых элементов электронные лампы и полупроводниковые приборы. Анализ ограничивается линейным режимом, т. е. такими областями значений токов и напряжений, при которых между изменениями токов и напряжений сохраняются линейные зависимости. При таком ограничении цепи линейны, однако, как будет показано в дальнейшем, они не обладают свойством взаимности, а в их расчетные схемы приходится вводить зависимые источники тока и напряжения.

Рис. 9-1.

Трехэлектродная электронная лампа или триод имеет три электрода: катод (к), анод (а) и сетку (с), которые находятся в стеклянном, металлическом или керамическом баллоне, откачанном до высокого вакуума (рис. 9-1). Катод нагревается до высокой температуры, в результате чего возникает термоэлектронная эмиссия. Поток электронов направляется от катода через промежутки сетки к аноду, которому сообщается по отношению к катоду положительный потенциал. Так как за направление тока принимается направление движения положительных зарядов, то говорят, что ток внутри лампы направлен от анода к катоду.

Ток 4 анодной цепи зависит не только от анодного напряжения на (между анодом и катодом), но в значительно большей мере от сеточного напряжения (между сеткой и катодом). Сильное влияние сеточного напряжения на анодный ток объясняется тем, что сетка экранирует анод от катода. Поэтому электрическое поле, действующее между катодом и сеткой на движущиеся электроны, значительно больше зависит от сеточного напряжения, чем от анодного. При положительном сеточном напряжении часть электронов, испускаемых катодом, притягивается сеткой и возникает сеточный ток

На рис. 9-2,а в качестве примера приведены анодная и сеточноанодная характеристики для одного из типов триода. Они представляют собой зависимости анодного и сеточного токов от анодного напряжения при различных заданных значениях сеточного напряжения Кривые анодного тока показаны сплошными линиями, кривые сеточного тока — пунктирными. Цифры, стоящие около кривых указывают значения постоянного сеточного напряжения.

На рис. 9-2, б для того же триода приведены анодно-сеточные и сеточная характеристики, представляющие собой зависимости анодного и сеточного токов от сеточного напряжения при различных заданных значениях анодного напряжения, которые указаны около каждой кривой. Все характеристики сняты при постоянных напряжениях и токах (не изменяющихся во времени), но они справедливы и для мгновенных значений синусоидальных токов и напряжений при не слишком высоких частотах. Из характеристик видно, что зависимости между токами и напряжениями нелинейные, т. е. в общем случае триод — нелинейный элеме цепи.

Рис. 9-2.

Токи являются функциями двух независимых переменных так что для малых изменений напряжений справедливы следующие зависимости:

Пусть изменения напряжений во времени происходят не слишком быстро, так что в любой момент связь между токами и напряжениями не отличается от зависимостей, снятых при постоянных токах и напряжениях (рис. 9-2,а и б). Тогда частные производные токов по напряжениям , входящие в уравнения как коэффициенты при могут быть определены по характеристикам триода. Они пропорциональны тангенсам углов наклона касательных к характеристикам, проведенным в «рабочих» точках характеристик, которые находятся по заданным значениям Частные производные токов по напряжениям представляют собой собственные и передаточные проводимости

сеточной и анодной цепей в рабочей точке:

Ведя эти обозначения, получаем:

Проводимость называют крутизной анодно-сеточной характеристики анодного тока и обозначают буквой S. Величина, обратная собственной анодной проводимости называется внутренним сопротивлением лампы (в анодной цепи) и обозначается

Введя эти обозначения, имеем:

Из этого выражения видно, что приращение сеточного напряжения вызывает в раз большее изменение анодного тока, чем равное ему изменение анодного напряжения, которое в качестве слагаемого входит в (9-3). Величина называется коэффициентом усиления и обозначается . Полагая в уравнении получаем:

т. e. коэффициент усиления можно рассматривать как предел отношения уменьшения анодного напряжения к компенсирующему его увеличению сеточного напряжения

Электрические цепи, содержащие триоды, в большинстве случаев имеют источники питания постоянного напряжения (аккумуляторные батареи или выпрямители). Поэтому токи и напряжения в этих цепях содержат постоянные составляющие. Однако основной интерес представляют переменные составляющие токов и напряжений, так как обычно именно от них зависит работа того или иного устройства, содержащего триод.

В этой главе рассматриваются только переменные составляющие токов и напряжений и прииято, что их значения изменяются в области, для которой справедливы линейные соотношения (9-1) и (9-2). Эта область изменения напряжений может быть достаточно широка, если постоянные составляющие сеточного и анодного напряжений таковы, что рабочие точки триода лежат в области прямолинейных участков характеристик. При таких ограничениях для переменных составляющих токов и напряжений триод представляет собой линейный элемент.

Цепи, содержащие триоды в линейном режиме работы, существенно отличаются от ранее рассмотренных цепей в том отношении,

что для них несправедлив принцип взаимности. Действительно, , так как эти передаточные проводимости определяются разными характеристиками триода.